package com.freecloud.javabasics.algorithm;

import java.util.*;

/**
 * 无回路有向图(Directed Acyclic Graph)的拓扑排序
 * 该DAG图是通过邻接表实现的。
 *
 * @Author: maomao
 * @Date: 2021-02-25 16:19
 */
public class DirectedAcyclicGraph {

    /**
     * 邻接表中表对应的链表的顶点
     */
    private class ENode {
        int ivex;       // 该边所指向的顶点的位置
        ENode nextEdge; // 指向下一条弧的指针
    }
    /**
     * 邻接表中表的顶点
     */
    private class VNode {
        String data;          // 顶点信息
        ENode firstEdge;    // 指向第一条依附该顶点的弧
    }
    /**
     * 顶点数组
     */
    private List<VNode> mVexs;

    /**
     * 创建图(用已提供的矩阵)
     * <p>
     * 参数说明：
     * vexs  -- 顶点数组
     * edges -- 边数组
     */
    public DirectedAcyclicGraph(List<String> vexs, List<List<String>> edges) {
        // 初始化"顶点数"和"边数"
        int vlen = vexs.size();
        int elen = edges.size();
        // 初始化"顶点"
        mVexs = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < vlen; i++) {
            // 新建VNode
            VNode vnode = new VNode();
            vnode.data = vexs.get(i);
            vnode.firstEdge = null;
            // 将vnode添加到数组mVexs中
            mVexs.add(vnode);
        }
        // 初始化"边"
        for (int i = 0; i < elen; i++) {
            // 读取边的起始顶点和结束顶点
            int p1 = getPosition(edges.get(i).get(0));
            int p2 = getPosition(edges.get(i).get(1));

            // 初始化node1
            ENode node1 = new ENode();
            node1.ivex = p2;
            // 将node1链接到"p1所在链表的末尾"
            if (mVexs.get(p1).firstEdge == null) {
                mVexs.get(p1).firstEdge = node1;
            } else {
                linkLast(mVexs.get(p1).firstEdge, node1);
            }
        }
    }

    /**
     * 将node节点链接到list的最后
     */
    private void linkLast(ENode list, ENode node) {
        ENode p = list;
        while (p.nextEdge != null) {
            p = p.nextEdge;
        }
        p.nextEdge = node;
    }

    /**
     * 返回String位置
     */
    private int getPosition(String str) {
        for (int i = 0; i < mVexs.size(); i++) {
            if (mVexs.get(i).data.equals(str)) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 拓扑排序
     * @return  如为空，表示可能有引用环错误
     */
    public List<String> topologicalSort() {
        int index = 0;
        int num = mVexs.size();
        int[] ins;               // 入度数组
        String[] tops;             // 拓扑排序结果数组，记录每个节点的排序后的序号。
        Queue<Integer> queue;    // 辅组队列

        ins = new int[num];
        tops = new String[num];
        queue = new LinkedList<>();

        // 统计每个顶点的入度数
        for (int i = 0; i < num; i++) {

            ENode node = mVexs.get(i).firstEdge;
            while (node != null) {
                ins[node.ivex]++;
                node = node.nextEdge;
            }
        }

        // 将所有入度为0的顶点入队列
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            if (ins[i] == 0) {
                // 入队列
                queue.offer(i);
            }
        }
        // 队列非空
        while (!queue.isEmpty()) {
            // 出队列。j是顶点的序号
            int j = queue.poll().intValue();
            // 将该顶点添加到tops中，tops是排序结果
            tops[index++] = mVexs.get(j).data;
            // 获取以该顶点为起点的出边队列
            ENode node = mVexs.get(j).firstEdge;
            // 将与"node"关联的节点的入度减1；
            // 若减1之后，该节点的入度为0；则将该节点添加到队列中。
            while (node != null) {
                // 将节点(序号为node.ivex)的入度减1。
                ins[node.ivex]--;
                // 若节点的入度为0，则将其"入队列"
                if (ins[node.ivex] == 0) {
                    // 入队列
                    queue.offer(node.ivex);
                }
                node = node.nextEdge;
            }
        }
        if (index != num) {
            return Collections.emptyList();
        }
        List<String> labelList = Arrays.asList(tops);
        Collections.reverse(labelList);
        return labelList;
    }

    /**
     * 测试用例
     */
    public static void main(String[] args) {
        List<String> vexs = new ArrayList<>();
        vexs.add("a");
        vexs.add("b");
        vexs.add("c");
        vexs.add("d");
        vexs.add("e");
        vexs.add("f");
        vexs.add("g");

        List<List<String>> edges = new ArrayList<>();
        List<String> node = new ArrayList<>();
        node.add("a");
        node.add("g");
        edges.add(node);

        List<String> node1 = new ArrayList<>();
        node1.add("a");
        node1.add("c");
        edges.add(node1);

        List<String> node2 = new ArrayList<>();
        node2.add("b");
        node2.add("a");
        edges.add(node2);

        List<String> node3 = new ArrayList<>();
        node3.add("b");
        node3.add("d");
        edges.add(node3);

        List<String> node4 = new ArrayList<>();
        node4.add("c");
        node4.add("f");
        edges.add(node4);

        List<String> node5 = new ArrayList<>();
        node5.add("c");
        node5.add("g");
        edges.add(node5);

        List<String> node6 = new ArrayList<>();
        node6.add("d");
        node6.add("e");
        edges.add(node6);

        List<String> node7 = new ArrayList<>();
        node7.add("d");
        node7.add("f");
        edges.add(node7);

//        List<String> node8 = new ArrayList<>();
//        node8.add("c");
//        node8.add("a");
//        edges.add(node8);

        long start = System.currentTimeMillis();
        DirectedAcyclicGraph pG = new DirectedAcyclicGraph(vexs, edges);
        // 拓扑排序
        List<String> list = pG.topologicalSort();
        System.out.println(String.format("list(%s) : %s",list.size(),list));
        System.out.println("共计时间" + (System.currentTimeMillis() - start));
    }
}
